一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳载体溶于水中，超声搅拌使碳载体完全分散，得到碳载体溶液；(2)边搅拌边向碳载体溶液中加入尿素，然后加入RuCl3溶液和H2PtCl6·

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于燃料电池领域，具体地说是涉及一种质子交换膜燃料电池用PtRu/C(N)催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为高效、清洁的电化学发电装置，可将化学能直接转化为电能，在电动汽车、家庭用电方面具有广阔的应用前景。
[0003]目前对于PEMFC电极催化材料主要是Pt基催化剂，因为迄今为止，Pt元素还是对氢气氧化以及氧气还原性能最佳、稳定性最好的材料。但是，采用天然气或液体燃料重整产生的氢气中含有微量的CO会使Pt催化剂在工作过程中活性位点被占据，出现中毒效应。通过大量的实验研究，一直认为PtRu合金是最佳的抗CO毒化催化剂，通过双功能机制在低电位下Ru上可以形成OHads将吸附在Pt上的CO氧化。但是金属纳米颗粒由于比表面积很大，产生了很大的表面能，在长期的工作条件中，很容易发生团聚和溶解。特别是Ru金属在不同的电位下会发生价态转变，高电位下发生溶解。
[0004]为了增加催化剂稳定性，最常见的就是通过高温退火以提高合金度和结晶度，但是现有高温退火条件下容易发生金属颗粒迁移团聚，造成活性位点的缺失。此外就是通过向碳载体掺杂第三元素或者基团，这些掺杂原子不会被还原剂去除而是始终存在于碳材料表面，因而即使在催化剂工作过程中也和PtRu纳米颗粒一直保持较强的电子相互作用，起到改善催化剂活性和稳定性的作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法，该方法所制备的PtRu/CN催化剂具有分散性好、稳定性高等优势。
[0006]本专利技术所采用的技术解决方案是：
[0007]一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将碳载体溶于水中，超声搅拌使碳载体完全分散，得到碳载体溶液；
[0009](2)边搅拌边向碳载体溶液中加入尿素，然后加入RuCl3溶液和H2PtCl6·
6H2O溶液，搅拌，得到反应液；
[0010](3)将反应液升温至90
‑
95℃，反应1
‑
6h，然后经抽滤，水洗，真空干燥箱中干燥，再取出用研钵研细，得到中间产物；
[0011](4)将中间产物在Ar与H2的混合气氛下，于300
‑
320℃，还原2
‑
3h；
[0012](5)将还原后的产物经两步法退火处理，制得PtRu/CN催化剂。
[0013]优选的，步骤(1)中：所述碳载体采用EC
‑
600J。
[0014]优选的，步骤(1)中：所述超声搅拌时间为1
‑
1.5h，所述碳载体溶液的浓度为0.13
‑
0.15mg/ml。
[0015]优选的，步骤(2)中：所述尿素的加入量为碳载体用量的8
‑
75倍。
[0016]优选的，所述RuCl3溶液中Ru的含量为5
‑
6mg/ml；所述H2PtCl6·
6H2O溶液中Pt的浓度为10
‑
12mg/ml。针对25
‑
30mg碳载体用量，RuCl3溶液添加量为2.5
‑
3ml，H2PtCl6·
6H2O溶液添加量为2.5
‑
3ml。
[0017]优选的，步骤(3)中：所述真空干燥箱的干燥温度为70
‑
80℃，干燥时间为10
‑
14h。
[0018]优选的，步骤(5)中，所述两步法退火处理的步骤如下：先在Ar与H2混合气氛下，以5℃/min的升温速度由室温升温至500℃，后保持温度3h，自然降温，然后以5℃/min的升温速度在N2气氛下升温至500℃，保温4h，自然降温。
[0019]上述Ar与H2混合气氛中，H2的体积分数为5％。
[0020]本专利技术所制备的催化剂中的PtRu含量为60wt％以上，PtRu金属摩尔比为1:1，PtRu金属纳米颗粒负载于含氮EC
‑
600碳载体上。
[0021]本专利技术的原理及有益技术效果如下：
[0022]本专利技术利用尿素辅助均匀沉积法，通过过量尿素吸附到碳载体上，在500℃以上可以形成C3N4(g)，在碳载体上产生大量含氮基团，通过在含氮基团的作用力下固定PtRu金属纳米颗粒，并通过在含氮基团的锚定作用下防止团聚并且提高合金度，形成高合金化的PtRu合金；并发现尿素的吸附量与反应时间存在正相关的关系，随着反应时间的增长，通过高温退火后的金属纳米颗粒相应减少迁移团聚，催化剂表面活性面积相应增大。
[0023]本专利技术所制得PtRuCN催化剂具有以下优点：
[0024](1)该催化剂具有较高的化学活性面积(ECSA)，高负载量，高分散，稳定性好，高性能，并具备较高的抗CO毒化能力，且展现出极佳的甲醇氧化性能，该催化剂可用于氢氧燃料电池阳极实现抗CO毒化能力，在直接甲醇燃料电池中具有较高的甲醇氧化能力。
[0025](2)该催化剂由于含有大量的含氮基团，在高温退火，Ar5％H2气氛条件下，金属纳米颗粒被锚定在碳载体表面，不会发生迁移，分散性好。
[0026](3)本专利技术通过控制N2氛围下退火，适当增加金属颗粒粒径，制备出合金化程度高、结晶度高的PtRuCN催化剂。
[0027](4)本专利技术所制得催化剂展现出较高的催化甲醇氧化性能和抗毒化性能，制备过程简单，可规模化生产。
附图说明
[0028]图1为催化剂的TEM图；其中a为对比例1制得催化剂的TEM图，b为对比例2制得催化剂的TEM图，c为实施例1制得催化剂的TEM图，d为JM商业PtRuC催化剂的TEM图，f为实施例2制得催化剂的TEM图；
[0029]图2为CO溶出伏安曲线；其中a为对比例1制得催化剂的CO溶出伏安曲线，b为对比例2制得催化剂的CO溶出伏安曲线，c为实施例1制得催化剂的CO溶出伏安曲线，d为JM商业PtRuC催化剂的CO溶出伏安曲线；
[0030]图3为甲醇氧化曲线；其中a为对比例1制得催化剂的甲醇氧化曲线，b为对比例2制得催化剂的甲醇氧化曲线，c为实施例1制得催化剂的甲醇氧化曲线，d为JM商业PtRuC催化剂的甲醇氧化曲线；
[0031]图4为稳定性测试曲线；其中a为实施例1制得催化剂的稳定性测试曲线，b为JM商业PtRuC催化剂的稳定性测试曲线；
[0032]图5为实施例1与实施例2的CO溶出伏安曲线对比；其中1h表示实施例1，2h表示实施例2。
具体实施方式
[0033]以下通过具体实施例详细说明本专利技术技术方案的实施和所具有的有益效果，但不能认定为对本专利技术的可实施范围的任何限定。
[0034]实施例1
[0035](1)取26.67mg EC
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600溶于200ml H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将碳载体溶于水中，超声搅拌使碳载体完全分散，得到碳载体溶液；(2)边搅拌边向碳载体溶液中加入尿素，然后加入RuCl3溶液和H2PtCl6·
6H2O溶液，搅拌，得到反应液；(3)将反应液升温至90
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95℃，反应1
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6h，然后经抽滤，水洗，真空干燥箱中干燥，再取出用研钵研细，得到中间产物；(4)将中间产物在Ar与H2的混合气氛下，于300
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320℃，还原2
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3h；(5)将还原后的产物经两步法退火处理，制得PtRu/CN催化剂。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述碳载体采用EC
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600J。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用PtRu/CN催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述超声搅拌时间为1
‑
1.5h，所述碳载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，张德钰，
申请(专利权)人：青岛创启新能催化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：